摘要：烟气轮机是炼化企业重要的核心设备。由于烟机机组自身的特性，导致其故障率较高，给生产造成危害较大。本文结合状态监测理论和多年来的实践经验，对烟气轮机常见故障的机理、诊断方法作介绍。
关键词：烟气轮机；常见故障；分析
中图分类号：TK47文献标识码：B
烟气轮机（简称烟机）是石油化工行业关键设备之一，它是利用催化裂化装置生产过程中产生的高温再生烟气余热驱动空气压缩机作功或给发电机提供功能。烟机机组的运行情况对保证装置正常平稳运行和节能降耗具有重要意义。同时，烟气轮机故障率较高，平均无故障运行时间一般不超过280天，非计划停机检修是影响企业经济效益的重要原因。因此做好烟机机组的状态监测及故障诊断，及时查清停机原因和故障隐患，采取相应措施保证机组安全、稳定、长期运行是十分重要的。
我厂催化烟气轮机型号为YLⅡ-10000F型，其结构为双线悬臂式、垂直剖分、轴向进气、径向上排气。导致该烟机故障率居高不下的主要原因是高温和粉尘。磨损、叶片断裂、粉尘堆积、动静摩擦、动平衡破坏、同心度偏移、油膜失稳、壳体变形及管线应力影响等常见故障都与这两者密不可分。
一、转子动平衡破坏引起的振动
此类振动大致分为三种：(1)转子存在原始不平衡；(2)转子突发性不平衡；(3)转子渐发性不平衡。设备大修后存在原始不平衡的概率较低，所以着重分析后两种故障。
1．渐发性不平衡。主要因叶片磨损、催化剂粉尘堆积造成。其特点是转子振动主要反映在一倍频上，振值增加呈渐进式，且相位随振动变化而不断变化。图1中曲线一和曲线二代表烟机轴承箱靠近轮盘侧的振动幅值，从振幅变化趋势可以看出，催化剂堆积造成转子动平衡逐渐被破坏，振动不断增大；当催化剂堆积到一定厚度后，从转子表面脱落，转子动平衡趋于好转，振动下降。从以上分析可以判定，烟机转子本身并未出现较大机械故障，因此无需停机修理，只要增大轮盘吹扫蒸汽的流量，以减少催化剂的堆积即可，同时要加强烟机入口三漩分离器对催化剂的分离效果。
2．突发性不平衡。系因转子出现机械故障，动平衡出现了不可逆转的破坏。例如叶片突然断裂、由于外力的冲击造成叶片弯曲等。这种故障从振动图谱上看以一倍频为主，同时伴随着二倍、三倍频的出现，振幅在较短时间内变化较大，且不可恢复。如图2所示，各测点振动值的一倍频突然增大且没有下降的趋势，相位也随之变化。由此可知系烟机转子出现故障。停机检查发现，由于外力作用致使烟机一级动叶的一片叶片断裂。由于及时停机，未对机壳和轴瓦等部位造成破坏。
以上对比可以较明显地辨别转子的突发性故障和渐进性故障，进而判断机组是否需要停机检修，不仅可避免出现重大事故，而且还可进一步判断机组可继续运行的时间。
二、动静摩擦引起的机组振动
烟气轮机入口温度约650℃，长期运行极易造成一、二级动叶围带、二级静叶组件以及气封等部位变形，与转子产生动静摩擦，导致转子产生涡动。转子的强迫振动、碰摩自由振动和摩擦涡动运动叠加在一起，产生复杂的振动响应，因而摩擦力表象具有明显的非线性特征。这一类故障振动具有以下特征：(1)时域波形有明显的“削顶”现象；(2)频谱上除工频外还存在丰富的高次谐波成分；(3)全息谱上出现较多偏心率大的椭圆；(4)轴心轨迹上有“尖角”。
图3、4是我厂烟机2005年10月的图谱。从图3可以看出轴心轨迹有明显的“内尖角”，同时呈现偏心率较大的椭圆；图4可发现振动波形有轻微的“削顶”现象，频谱图上以一倍频为主，同时伴有二、三倍及1/2倍频。从以上特征可判断机组出现了动静碰摩。
拆机检查发现，烟机气封与转子发生了较为严重的摩擦，同时烟机转子一级轮盘轮圆的正面与进气锥上的气封环发生了轻微摩擦。更换气封后振动消除，避免了转子损坏。